石墨电极的原料及制造工艺

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一、石墨电极的原料
1、石墨电极
是采用石油焦、针状焦为骨料，煤沥青为粘结剂，经过混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化、机械加工等一系列工艺过程生产出来的一种耐高温石墨质导电材料。

石墨电极是电炉炼钢的重要高温导电材料，通过石墨电极向电炉输入电能，利用电极端部和炉料之间引发电弧产生的高温作为热源，使炉料熔化进行炼钢。

其他一些冶炼黄磷、工业硅、磨料等材料的矿热炉也用石墨电极作为导电材料。

利用石墨电极优良而特殊的物理化学性能，在其他工业部门也有广泛的用途。

2、石墨电极的原料
（1
灰分
、和低硫焦(
（2
焦块
性
热（3
大。

粘结剂沥青一般使用软化点适中、结焦值高、β树脂高的中温或中温改质沥青，浸渍剂要使用软化点较低、 QI低、流变性能好的中温沥青。

二、石墨电极的制造工艺
1、煅烧
炭质原料在高温下进行热处理，排出所含的水分和挥发份，并相应提高原料理化性能的生产工序称为煅烧。

一般炭质原料采用燃气及自身挥发份作为热源进行煅烧，最高温度为1250- 1350℃。

（1）煅烧使炭质原料的组织结构和物理化学性能发生深刻变化，主要体现在提高了焦炭的密度、机械强度和导电性，提高了焦炭的化学稳定性和抗氧化性能，为后序工序奠定了基础。

（2）煅烧的设备主要有罐式煅烧炉、回转窑和电煅烧炉。

煅烧质量控制指标是石油焦真密度不小于2.07g/cm3，电阻率不大于550μΩ.m,针状焦真密度不小于2.12g/cm3，电阻率不大于500μΩ.m。

（3）原料的破碎处理和配料
①在配料之前，须对大块煅后石油焦和针状焦进行中碎、磨粉、筛分处理。

中碎通常是将50mm左右的物料通过颚式破碎机、锤式破碎机、对辊破碎机等破碎设备进一步破碎到配料所需的0.5-20mm的粒度料。

②磨粉是通过悬棍式环辊磨粉机（雷蒙磨）、球磨机等设备将炭质原料磨细到0.15mm或0.075mm 粒径以下的粉末状小颗粒的过程。

③筛分是通过具有均匀开孔的一系列筛子，将破碎后尺寸范围较宽的物料分成尺寸范围较窄的几种颗粒粒级的过程，现行电极生产通常需要4-5个颗粒料粒级和1-2个粉料粒级。

④配料是按配方要求，对各种粒度的骨料和粉料、粘结剂分别计算、称量和聚焦的生产过程。

配方的科学性适宜性和配料操作的稳定性是影响产品质量指标和使用性能的最重要因素之一。

（4）配方需确定5方面内容：
（1）凉料：圆盘凉料、圆筒凉料、混捏式凉料等方式
排出挥发份、降低至适宜温度（90-120℃）增加粘结力，使糊料块度均匀利于成型
20-30 min
（2）装料：压机升挡板----分2-3次下料----4-10MPa压实
（3）预压：压力20-25MPa，时间3-5min，同时抽真空
（4）挤压：压机降挡板----5-15MPa挤压----剪切----翻入冷却水槽
（5）挤压的技术参数：压缩比、压机料室及嘴型温度、凉料温度、预压压力时间、挤压压力、挤压速度、冷却水温度
（6）生坯的检查：体积密度、外观敲击、剖析
5、焙烧
是炭制品生坯在填充料保护下、装入专门设计的加热炉内进行高温热处理, 使生坯中的煤沥青
（1, 焙
（2
损失降为
（3
（4
（5
（6
小时）——装加压（
（7
一次浸渍品增重率≥14%
二次浸渍品增重率≥9%
三次浸渍品增重率≥5%
6、石墨化
是指在高温电炉内保护介质中把炭制品加热到2300 ℃以上,使无定形乱层结构炭转化成三维有序石墨晶质结构的高温热处理过程。

平面六角网格层状结构
（1）石墨化的目的和作用：
①提高炭材料的导电、导热性（电阻率降低4-5倍，导热性提高约10倍）；
②提高炭材料的抗热振性能和化学稳定性（线膨胀系数降低50-80%）；
③使炭材料具有润滑性和抗磨性；
④排出杂质，提高炭材料的纯度（制品的灰分由0.5-0.8%降到0.3%左右）。

（2）石墨化过程的实现：
炭材料的石墨化是在2300-3000 ℃高温下进行的，故工业上只有通过电加热方式才能实现，即电流直接通过被加热的焙烧品，这时装入炉内的焙烧品既是通过电流产生高温的导体，又是被加热到高温的对象。

目前广泛采用的炉型有艾奇逊（Acheson）石墨化炉和内热串接(LWG)炉。

前者产量大、温差大、电耗较高，后者加热时间短、电耗低、电阻率均匀但不好装接头。

石墨化工艺过程的控制是通过测温确定与升温情况相适应的电功率曲线进行控制，通电时间艾奇逊炉50-80小时，LWG炉9-15小时。

石墨化的电耗很大，一般为3200-4800KWh，工序成本约占整个生产成本的20-35%
（3）石墨化品的检查：外观敲击、电阻率测试
与强度、抗氧化性能是正相关，一般而言，同品种电极体积密度越大，其电阻率也越低。

提高体积密度的途径是：调整配方、增加小粒级料和粉料用量，用真密度高的焦，使用结焦值
高的沥青和增加浸渍次数等。

电阻率是来衡量电极的导电能力的参数，是指电流通过导体时，导体对电流阻力的一种性质，数值上等于长度为1m、截面积为1m2的导体在一定温度条件下的电阻值，单位μΩ·m。

电阻率越低，电极在使用中导电性越好、消耗就越低。

降低电阻率的途径有：使用优质原料，提高制品体积密度，提高石墨化温度等。

抗折强度是表征石墨材料的力学性能的参数，也叫抗弯强度，是指当外力与物体轴线相垂直，物体受外力作用后先呈弯曲到折断瞬间的极限抵抗能力，单位为MPa。

石墨材料的强度有个与其他金属非金属显着不同的特点，其强度随温度升高而增大，在2000-2500 ℃达到最高，为常温的1.8-2倍，之后有所下降。

强度高的电极、接头，在使用中越不易折断。

提高抗折强度的途径是：减小配方中焦炭的粒度，提高炭质原料强度，提高制品的体积密度，减少制品内部缺陷等。

大0.8-1
抗氧化
K·k；α
K
四、电炉炼钢简介及石墨电极的消耗机理
1、电炉炼钢简介
近现代炼钢方法主要有转炉炼钢法、平炉炼钢法和电炉炼钢法。

平炉炼钢法已基本被淘汰，电炉炼钢法与转炉炼钢法最根本的差别在于，电炉炼钢法是以电能作为热源，而电弧炉炼钢是应用得最为普遍的电炉炼钢方法。

我们通常所说的电炉炼钢，主要是指电弧炉炼钢，因为其他类型的电炉如感应电炉、电渣炉等所炼的钢数量较少。

电弧炉炼钢是靠电极和炉料间放电产生的电弧，使电能在弧光中转变为热能，并借助辐射和电弧的直接作用加热并熔化金属和炉渣，冶炼出各种成分的钢和合金的一种炼钢方法。

2、电炉炼钢的特点
电炉炼钢与其他炼钢方法相比较，有其独特的优点。

电弧炉炼钢是靠电弧进行加热的，其温度
可以高达2000℃以上，超过了其他炼钢炉用一般燃料燃烧加热时所能达到的最高温度。

同时，熔化炉料时热量大部分是在被加热的炉料包围中产生的，而且无大量高温废气带走的热损失，所以热效率比平炉、转炉炼钢法要高。

用电能加热还能精确控制温度。

因为炉内没有可燃烧气体，所以可以根据工艺要求在各种不同的气氛中进行加热，也可在任何压力或真空中进行加热。

由于电弧炉炼钢具有上述特点，能保证冶炼含磷、硫、氧低的优质钢，能使用各种元素(包括铝、铁等容易被氧化的元素)来使钢合金化，冶炼出各种类型的优质钢和合金钢。

电炉炼钢另一个优点是基建投资少，占地面积小，流程断，效率高。

尤其是和转炉相比，它可以用废钢作为原料，不像转炉那样需要热铁水，所以不需要一套庞大的炼铁和炼焦系统。

从长远观点看，电能的成本稳定，供应方便；电孤炉设备简单，操作方便；还比较易于控制污染。

由此可见，用电弧炉炼钢的优越性是相当大的，所以现在世界各国都在大力发展纯氧顶吹转炉的同时，稳步地发展电弧炉炼钢技术。

当前电弧炉的发展趋势是：发展大型电弧炉；发展超高功率
3
4
有1
2
50%
在炼
3、残端损失
电极连续使用到上下两根电极连接处时，一小段电极或接头（即残体）因本体的氧化变细或裂纹的贯通而产生脱离。

残端损失的大小与接头形状扣型、电极内部结构、电极柱的振动、撞击有关。

4、表面剥落及掉块
在冶炼过程中急冷急热，电极自身的抗热振性能差导致的结果。

5、电极折断
包括电极躯干折断和接头折断。

电极折断与石墨电极和接头的自身质量、加工配合有关，也与炼钢操作有关，产生原因往往是钢厂与电极生产厂争议的焦点。